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Astrophysik: Leuchtfeuer des Universums

Eigentlich sollte der amerikanische Vela-Spionagesatellit vor nunmehr vierzig Jahren oberirdische Atombombentests aufspüren. Die kurzen Gammastrahlenpulse, die er registrierte, kamen allerdings aus einer anderen Richtung - dem Weltall. Deren Herkunft zu deuten, verlangte der Fantasie von Astrophysikern seither so einiges ab. Dank eines glücklichen Zufalls, klärt sich das Rätsel jetzt ein Stück weiter auf.
Umgebung von GRB 060218
Schaltet man den Fernseher inmitten eines spannenden Krimis an, so gestaltet es sich schwierig, in die Handlung einzusteigen. Im kosmischen Kino verhält sich das recht ähnlich: Riesige Explosionen im Weltall sollten von Anfang an betrachtet werden, um ihren Geheimnissen auf die Schliche zu kommen. Astronomen ist es nun erstmals gelungen, pünktlich zur Vorstellung am 18. Februar 2006 an den Teleskopen Platz zu nehmen.

An diesem Tag vernahm der Satellit Swift einen ungewöhnlichen Gammastrahlenausbruch etwa 440 Millionen Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Widder. Ungewöhnlich, weil dieser ungefähr dreißig Minuten andauerte und damit etwa hundertmal so lang wie vorherige Gammastrahlenausbrüche. Bei derartigen Szenarien wird in einigen Sekunden mehr Energie freigesetzt, als unsere Sonne in etwa zehn Milliarden Jahren abstrahlen würde.

Gammastrahlenausbruch GRB 060218 | Swifts ultravioletter und optischer Blick auf den Gammastrahlenausbruch GRB 060218, der sich in einem Sternentstehungsgebiet ereignet: Die Explosion überstrahlt dabei die gesamte Galaxie.
Sofort richteten vier internationale Forschergruppen ihre Teleskope auf das Objekt, dass sie GRB 060218 tauften. Indem sie das Spektakel in verschiedenen Spektralbereichen verfolgten, konnten sie die gesamte abgestrahlte Energie messen. Die maximale Intensität der emittierten Strahlung lag dabei nicht etwa im hochenergetischen Bereich der Gammastrahlen, sondern im langwelligeren Röntgenbereich. Entsprechend spricht man bei GRB 060218 auch von einem Röntgenblitz.

Folglich hielten die Wissenschaftler das Objekt auf Röntgenaufnahmen fest, wobei sie einen gerichteten Materiestrahl beobachteten konnten, der aus GRB 060218 emporschoss. Das heiße Gas schleuderte nahezu mit Lichtgeschwindigkeit aus dem Kern der Explosion heraus – eine typische Eigenart von Gammastrahlenausbrüchen.

Doch noch etwas entdeckten sie in diesen Aufnahmen: Der kegelförmige Materiestrahl wurde von einer zwei Millionen Grad heißen Gashülle begleitet, die sich nahezu kugelförmig ausdehnte. Eine solche Signatur ist charakteristisch für eine Supernova-Explosion. Diese treten für gewöhnlich am Lebensende massereicher Sterne auf, wobei deren Kern unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert. Die Druckwelle des dadurch explodierenden Himmelskörpers schleudert dann Sternmaterial in die Umgebung.

Auch die optische Leuchtkraft des Objekts unterstützte das Auftreten einer Supernova. Diese stieg wieder an nachdem das optische Nachleuchten des Röntgenblitzes nach zwei Tagen nachließ. Zurückzuführen sei diese Erscheinung auf die expandierende Gashülle der Supernovaexplosion, die nun sichtbares Licht aussendete, meinen die Forscher. Auch im Radiobereich konnte die fast sphärische Druckwelle beobachtet werden.

Indem die Astrophysiker die über Tage und Wochen gesammelten Daten analysierten und Computermodelle der Explosion entwickelten, konnte sie wertvolle Rückschlüsse auf das Geschehen ziehen. So fanden sie heraus, dass die Supernova schwächer war als eine so genannte Hypernova, die in Verbindung mit gewöhnlichen Gammablitzen steht. Andererseits war sie zu leuchtstark für eine klassische Supernova, bei der kein Gammastrahlenausbruch auftritt. Möglicherweise sei die Masse des Sterns für das unterschiedliche Verhalten verantwortlich, glaubt Paolo Mazzali vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching. Anhand der herauskatapultierten Materie errechneten die Forscher für den Stern eine zwanzigfache Sonnenmasse.

Die Explosion eines solchen Sterns sollte einen Neutronenstern erzeugen – Sterne, die bei nur wenigen Kilometern Durchmesser mehrere Sonnenmassen in sich vereinen. Die Forscher vermuten dabei einen Magnetar, ein Neutronenstern mit einem extrem starken Magnetfeld. Bislang nahmen die Astronomen an, dass sich die Gammastrahlenausbrüche nur bei einer Hypernova-Explosion bilden können, bei der ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert.

Die Reihe der Sterntypen, die einen Gammastrahlenausbruch beziehungsweise seinen Bruder, den Röntgenblitz, erzeugen können, dürfte also um relativ massearme Sterne erweitert worden sein. Warum Sterne Röntgenblitze aussenden und andere nicht, wird durch die Ergebnisse allerdings noch nicht geklärt.

An Forschungsobjekten sollte es den Astronomen allerdings nicht mangeln, da es im Universum weitaus mehr massearme als massereiche Sterne gibt. Auf Grund ihrer geringeren Helligkeit sind Röntgenblitze allerdings schwieriger zu entdecken als die hochenergetischen Gammastrahlenausbrüche. Somit zählt GRB 060218 eher zu den seltenen Premieren im kosmischen Lichtspielhaus – zumindest solange, bis die "Augen der Astronomen" schärfer werden.

Bleibt also abzuwarten, wann uns das Universum zum nächsten Mal zu einer so exklusiven Vorstellung einlädt.

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  • Quellen
Nature 442: 1008–1010 (2006), Abstract
Nature 442: 1011–1013 (2006), Abstract
Nature 442: 1014–1017 (2006), Abstract
Nature 442: 1018–1020 (2006), Abstract

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